材料物理化学试卷及答案总结

材料物理化学试卷及答案 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 材料物理化学试卷及答案总结 模拟试卷一 一、解释下列问题(30分每题5分) 1、 非均相成核:母液中存在某界面(空位、杂质、位错)，成核会优先在界面上进行， 这种成核系统为非均相成核。 2、 非稳定扩散:扩散过程中任一点浓度随时间变化。 3、 无序扩散:无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质 点的扩散是无序的、随机的。 4、 烧结宏观定义:粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高， 强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。 5、 互扩散推动力:化学位梯度。 二、分析说明:为什么非均相成核比均相成核更易进行,(10分) #2因为:?Gc =?Gc。f(θ)并且:f(θ)=(2+COSθ)(1- COSθ)/4，当:θ=90度时，f 22(θ)=(2+COSθ)(1- COSθ)/4=(2+0)(1- 0)/4=2/4=1/2，所以:?G#c =?Gc。f(θ) =1/2。?Gc，即:非均相成核所需能量是均相成核的一半，杂质—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 存在有利成核。 三、说明下列问题(20分) 1、相变过程的推动力:相变推动力为过冷度(过热度)的，相平衡理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力。 ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔHT0-T/T0=ΔH.ΔT/T0 式中:T0--相变平衡温度，ΔH--相变热，T---任意温度。 自发反应时:ΔG<0,即ΔH.ΔT/T0<0 相变放热(凝聚，结晶):ΔH<0 则须:ΔT>0，T0>T ，过冷，即实际温度比理论温度要低，相变才能自发进行。 相变吸热(蒸发，熔融):ΔH>0 ，ΔT<0 ， T0<T，过热。即实际温度比理论温度要高，相变才能自发进行。 2、说明斯宾那多分解相变和成核-生长相变的主要区别, 组成变-不变;相分布和尺寸有规律-无规律;相颗粒高度连续性非球型-连续性差的球型 四、说明下列问题(20分) 1、 什么是马氏体相变,说明其相变的特点, 钢淬火时得到的一种高硬度结构的变化过程。 特点:具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快可达声速、相变有一定范围。 2、 说明影响固相反应的因素, 反应物化学组成与结构的影响;颗粒度和分布影响;反应温度、压力、气氛影响;矿化剂的影响。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 五、说明影响扩散的因素,(20分) 化学键:共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。 缺陷:缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。 温度:D=D0exp(-Q/RT)Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。杂质:杂质与介质形成化合物降低扩散速度;杂质与空位缔合有利扩散;杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。 扩散物质的性质:扩散质点和介质的性质差异大利于扩散 扩散介质的结构:结构紧密不利扩散。 模拟试卷二 一、解释下列问题(30分每题5分) 1、 非均相成核:母液中存在某界面(空位、杂质、位错)，成核会优先在界面上进行， 这种成核系统为非均相成核。 2、 非稳定扩散:扩散过程中任一点浓度随时间变化。 3、 无序扩散:无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质 点的扩散是无序的、随机的。 4、 烧结宏观定义:粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高， 强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 5、 互扩散推动力:化学位梯度。 二、分析说明:为什么非均相成核比均相成核更易进行,(10分) 因为:?G#c =?Gc。(fθ)并且:(fθ)=(2+COSθ)(1- COSθ)2/4，当:θ=90度时，(fθ)=(2+COSθ)(1- COSθ)2/4=(2+0)(1- 0)2/4=2/4=1/2，所以:?G#c =?Gc。f(θ)=1/2。?Gc，即:非均相成核所需能量是均相成核的一半，杂质存在有利成核。 三、说明下列问题(20分) 1、相变过程的推动力:相变推动力为过冷度(过热度)的函数，相平衡理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力。 ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔHT0-T/T0=ΔH.ΔT/T0 式中:T0--相变平衡温度，ΔH--相变热，T---任意温度。 自发反应时:ΔG<0,即ΔH.ΔT/T0<0 相变放热(凝聚，结晶):ΔH<0 则须:ΔT>0，T0>T ，过冷，即实际温度比理论温度要低，相变才能自发进行。 相变吸热(蒸发，熔融):ΔH>0 ，ΔT<0 ， T0<T，过热。即实际温度比理论温度要高，相变才能自发进行。 2、反应颗粒尺寸对加快固相反应的影响。 杨德尔方程: Kt=R02[1-(1-G)1/3]2 ;金斯特林格动力学方程积分式: Kk.t=(2DμC0/R02ρn.)t=1-2/3G-(1-G)2/3 公式中:R0---反应物等径球颗粒半径;G ---转化率;Kk---速度常数;t---时间;D---扩散系数;n---分子数;C0---初始气体浓度;μ---—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 分子量;ρ---产物密度。 由公式可见:速度常数K与R0颗粒半径平方成反比，颗粒越小，反应体系比面积越大，反应界面和扩散截面也相应增加，因此反应速率增大。威尔表面学说:颗粒尺寸减小，键强分布曲线变平，弱键比例增加，故而使反应和扩散能力增强。 四、回答下列问题 (20分) 1、 什么是马氏体相变,说明其相变的特点, 钢淬火时得到的一种高硬度结构的变化过程。 特点:具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快可达声速、相变有一定范围。 2、 说明影响扩散的因素, 化学键:共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。 缺陷:缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。 温度:D=D0exp(-Q/RT)Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩 散系数越敏感。 杂质:杂质与介质形成化合物降低扩散速度;杂质与空位缔合有利扩散;杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。 扩散物质的性质:扩散质点和介质的性质差异大利于扩散 扩散介质的结构:结构紧密不利扩散。 五、说明影响烧结的因素,(20分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 2、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质(如粘度，组成等)，促进烧结。 3、烧结温度:晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。 保温时间:高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 4、气氛的影响:氧化，还原，中性。 5、成形压力影响:一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。 模拟试卷三 一.完成下列概念题(15分) 1、什么是粘度:单位面积的内磨擦力与速度梯度的比例系数。 2、什么是粘附:两种物质在界面上产生相互的吸引而粘结在一起的力。 3、什么是表面能:当T,P及组成不变的条件下,增加单位表面积对系统所做的功。 4、什么是多晶体织构:多晶体的晶界形状,分布称为多晶体的织构,即显微结构中的晶界构型。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 5、什么是弗仑克尔缺陷:晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部 的间隙位置上,正常位置上出现空位。 二.给出下列问题的答案(20分) 4+。‘‘1、 UO2+x生成间隙固溶体，写出缺陷反应式,答:UO2+1/2O2 --> U+2h+Oi+2Oo ，1/2O2 ,,。--> Oi+2h 。 ‘。2、 CaF2中添加YF3形成间隙固溶体，写出缺陷反应式,答:YF3 -(CaF2)->+2FF+Fi+YCa 。。‘‘3、 ZrO2中添加CaO形成间隙固溶体，写出缺陷反应式,答:2CaO -(ZrO2)-> Cai+CaZr+2Oo 4、 计算Na2O.Al2O3.6SiO2的桥氧数. 答:Na2O.Al2O3.6SiO2为钠长石:架状结构;无机络盐形式:Na[AlSi3O8]。钠长石:m=8-2O/Si=8-2*8/(1+3)=4 5、在萤石晶体中Rca+=0.112nm,RF-=0.131nm,a=0.547nm,求萤石晶体中离子堆积系数,答: ++-3萤石位面心立方结构Z=4，4个Ca离子，8个F离子，堆积系数=1/a(4*4/3*3.14 33*Rca++8*4/3*3.14 * RF-)=0.6 三.回答下列各题(15分) 1、 凝聚系统三元相图中液相面其自由度是多少,哪些变量可以改变,答:F=3-2+1=2， —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 温度、组成两个变量可以改变。 2、CsCl、NaCl属于何种结构,说明Na+和Cs+离子在结构中的位置,Cl-离子在什么位置， 画图说明, 答:NaCl为面心立方Cl-离子做紧密堆积排列Na+离子充填全部8面体空隙中。CsCll属于 体心立方结构，Cl-离子做紧密堆积排列，Cs+离子在体心位置。 3、说明结构松弛的时间长短对熔体形成玻璃的影响, 答:熔体内结构调整速率快，粘度小，松弛时间短，则越易形成晶体平衡结构。反之，易形 成玻璃。冷却速度大于结构调整速率则易形成玻璃。即:冷却速率q大，Tg高，易形成玻璃。 四、分析说明下列各题(20分) 1、从[SiO4]的结合以及Si-O-Si键角等方面说明:α-方石英、α-鳞石英、α-石英的结构特征, 答:答:α-方石英:以中心对称，Si-O-Si键角180度。α-鳞石英:以过中心的平面为对称面，Si-O-Si键角180度。α-石英:以中心对称，Si-O-Si键角150度。石英的横向转变缓慢，结构重排困难。纵向转变容易，结构变化不大。 2、从结构观点出发说明为什么高岭石具有可塑性而长石和石英没有可塑性, 答:Al2O3.2SiO2.2H2O为高岭石;无机络盐形式:Al2[Si2O5](OH)4。—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 高岭石: m=8-2O/Si=8-2*5/2=3。高岭石因为是层状结构遇水形成六角片状结构片片之间有毛细管作用，因此，具有可塑性。 Na2O.Al2O3.6SiO2为钠长石:架状结构;无机络盐形式:Na[AlSi3O8]。钠长石: m=8-2O/Si=8-2*8/(1+3)=4。钠长石和石英均为架状结构。遇水也不会形成片状结构，因此，无可塑性。 五、在如图所示的相图中完成下面各个问题。 (30分) 1、画出此相图的副三角形,并说明根据什么, 答:ΔAEC，ΔAES，ΔBEC，ΔBES。副三角形应该有相应的无变点。 2、画出各个界线的温度下降方向,并说明根据什么, 答:1->4, 3->6,5->6, 8->5, 7->6,2->>3，4->>3,4->>5。根据连接线规则。 3、找出一致分界曲线和不一致分界曲线,说明根据什么, 答:一致分界曲线:单箭头，不一致分界曲线:双箭头。根据切线规则。 4、判断最低共熔点，双升点(单转熔 点)，双降点(双转熔点),并说明根据什么, 答:最低共熔点:6.双升点:5，3，双降点:4。根据重心、交叉、共轭位规则。 5、 写出P点的析晶路线,见图 6、P点的最后析晶产物是什么,根据什么判断,答:P点最后析—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 晶产物:B，E，C。(即6点)。根据三角形规则判断析晶点。 模拟试卷四 一.完成下列问题(15分) 1、 什么是非化学计量化合物,答:化合物原子数量的比例,不符合定比定律,即非简单的固 定比例关系。 2、 什么是硫型物质,答:物质熔融时体积膨胀，压力升高，熔点升高的物质。 3、 什么是水型物质,答:象冰一样熔融时体积收缩的物质。压力升高，熔点降低。如:铋、 镓、锗、三氯化铁。 4、什么是置换固溶体,答:杂质质点置换基质质点形成的固溶体。 5、什么是结构松弛,答:熔体冷却到一定温度时,质点(原子,离子,或分子) 相应进行重排或调整,以达到该温度下的平衡结构,同时放出能量,这个过程称结构松弛。 二. 给出下列问题的答案(20分) 1、 Fe1-xO形成置换固溶体，写出缺陷反应式,答:2FeO+1/2O2 -->2FeFe2++2h。+VFe ‘‘+3Oo ，1/2Oo --> VFe’‘+2h。+Oo。 2、 ZrO2中添加CaO形成置换固溶体，写出缺陷反应式,答:CaO -(ZrO2)-> Cazr‘‘+Vo。。 +Oo 3、 ZrO2中加入Y2O3置换固溶体，写出缺陷反应式,答:—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Y2O3 -(2ZrO2)-> 2Yzr ‘+3Oo+Vo。。， Y2O3 -(2ZrO2)-> 2YZr3++2e‘+3Oo+Vo。。 4、 计算Al2O3.2SiO2.2H2O的桥氧数,答:桥氧数为3 5、在萤石晶体中Rca+=0.112nm,RF-=0.131nm,a=0.547nm,求萤石晶体中离子堆积系数,答: 萤石位面心立方结构Z=4，4个Ca++离子，8个F-离子，堆积系数=1/a3(4×4/3×3.14 ×Rca+3+8×4/3×3.14 ×RF-3)=0.6 三.回答下列各题(15分) 1、凝聚系统三元相图中的分界曲线其自由度是多少,哪些变量可以改变,答:F=3-3+1=1，一个变量可以改变。 2、为什么在石英中加入Na2O能够降低石英的熔点从结构上来说明,答:高聚物变成低聚物使熔点降低。 3、什么是刃位错、螺旋位错,他们的基本区别是什么, 答:刃位错:在位错线附近原子失去正常有规律排列，并滑移一段距离，由此产生的缺陷即是。 螺旋位错:在位错线附近原子失去正常有规律排列，产生螺旋位移，这种缺陷即是。基本区别:刃位错:滑移方向与位错线垂直，位错增加了半片原子面。螺旋位错:滑移方向与位错线平行。质点以位错线为轴做螺旋状排列。 四、分析说明下列各题(20分) 1、纯物质在任意指定温度下，固、液、气三相可以平衡共存，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 请用相律说明这个结论是否 正确,请举例说明。 答:这个结论不正确。因为，固、液、气三相平衡时，相律为:F=C-P+2，其中，C=1，P=3， 则F=0，即自由度为0温度和压力均不可以变化。这时不能够指定温度。例如:水在0度时是三相共存，温度一变固、液、气三相就不平衡了。所以温度不能任意指定温度。 2、写出高岭石、钠长石的化学式及无机络盐形式，并说明其结构特征，计算其桥氧数,并 说明为什么在煅烧后烧失量不同, 答:Al2O3.2SiO2.2H2O为高岭石:层状结构;无机络盐形式:Al2[Si2O5](OH)4。高岭石: m=8-2O/Si=8-2*5/2=3。高岭石煅烧后结构水排除，烧失量较大。 Na2O.Al2O3.6SiO2为钠长石:架状结构;无机络盐形式:Na[AlSi3O8]。钠长石: m=8-2O/Si=8-2*8/(1+3)=4。钠长石结构内部无结构水煅烧后，烧失量较小。 五、在如图所示的相图中完成下面各个问题。 (30分) 1、画出此相图的副三角形,并说明根据什么, 答:ΔAEC，ΔAES，ΔBEC，ΔBES。 副三角形应该有相应的无变点。 2、画出各个界线的温 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 度下降方向,并说明 根据什么,答:1->4, 3->6,5->6, 8->5, 7->6,2->>3， 4->>3,4->>5,根据连接 线规则。 3、找出一致分界曲线 和不一致分界曲线, 说明根据什么,答:一 致分界曲线:单箭头， 不一致分界曲线:双箭 头。根据切线规则。 4、判断最低共熔点， 双升点(单转熔点)， 双降点(双转熔点), 并说明根据什么, 答:最低共熔点: 6.双升点:5，3，双降 点:4。根据重心、交叉、共轭位规则。 5、写出P点的析晶路线, 6、P点的最后析晶产物是什么,根据什么判断, 答:P点最后析晶产物:B，E，C。(即6点)。根据三角形规则 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 判断析晶点。 模拟试卷九 一、图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答: 1(晶胞分子数是多少; 2(结构中何种离子做何种密堆积;何种离子填充何种空 隙，所占比例是多少; 3(结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体; 4(计算说明O2-的电价是否饱和; 5(画出Na2O结构在(001)面上的投影图。 二、图2是高岭石(Al2O3?2SiO2?2H2O)结构示意图，试回答: 图 1 1(请以结构式写法写出高岭石的化学式; 2(高岭石属于哪种硅酸盐结构类型; 3(分析层的构成和层的堆积方向; 4(分析结构中的作用力; 5(根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。 三、简答题: 1( 晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类, 2( 什么是负扩散, 3(烧结初期的特征是什么, 4( 硅酸盐晶体的分类原则是什么, 5( 烧结推动力是什么,它可凭哪些方式推动物质的迁移, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 6( 相变的含义是什么,从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类, 四、写出下列缺陷反应式: 1( NaCl形成肖特基缺陷; 2(AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间 隙); 3( TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种, 再写出每个方程的固溶体的化学式。 4( NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体 五、表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是 通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。 六、粒径为1μ的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下， 第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间:?用杨德方程计算;?用金斯特林格方程计算。 七、请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。 八、试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内, 九、试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响,工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 十、图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题: 1(写出点P，R，S的成分; 2(设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。 十一、图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题: 1(在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质; 2(判断化合物D、F的性质; 3(写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式; 4(写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程; 5(写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量(用线段比表示)。 答案 一、1:4;2:O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙; 3:CN Na+=4 CN O2-=8 [NaO4] [ONa8]; 4:O2-电价饱和，因为O2-的电价= (Na+的电价/Na+的配位数)×O2 的 配位数;5: 二、1:Al4[Si4O10](OH)8;2:单网层状结构;3:一层硅氧层一—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 层水铝石 层且沿C轴方向堆积;4:层内是共价键，层间是氢键;5:片状微晶解 理。 三、1:点缺陷，线缺陷，面缺陷;2:由低浓度向高浓度的扩散;3:坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大;4:按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类;5:表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质;6:随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。 四、 1:O?VNa ′+VCl? 2:AgAg?Agi?+VAg′ 2O32O33:3TiO2?Nb′′+6OO 2TiO2?Nb′+3OO ???3TiNb?+VNb′???2TiNb?+Oi′ Nb2-xTi3xO3 可能成立 Nb2-2xTi2xO3+x ??NaCa′4:NaCl??+ClCl+VCl? 五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。 CaCl22122六、根据[1-(1-G)3]=k1t 和 1-G-(1-G)3=k2t 来计算 1:t=195h 2:t=68h 3 七、当O/Si由2?4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 离子团的聚合度相应 的降至最低。一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间 网络时，这些大的聚 合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形 成玻璃。熔体中负离 子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。 八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、 位错、键变形等缺 陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。 九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。 工艺上常采用引入适当的添加剂，以减缓晶界的移动速度，使气孔及时沿晶界排除，从而防止或延缓二次再结晶的发生。 十、 P R S Z ωA 20 10 45 5 ωB 10 60 45 85 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ωC 70 30 10 10 十一、略 模拟试卷十 一、(12分)根据CaTiO3晶胞图(见图1)回答下列问题:晶面BCGF、DEG的晶面指数;晶向DF、HA的晶向指数。 1、 结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体; 2、 晶胞分子数是多少,何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少, 3、 结构中是否存在TiO32-离子，为什么, 二、(11分)图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答: 1(镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型; 2(计算说明O2-的电价是否饱和; 3(结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4(镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么, 三、(10分)写出下列缺陷反应式: 1、NaCl形成肖脱基缺陷。 2、AgI形成弗伦克尔缺陷(Ag+进入间隙) 3、TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种, 四、(10分)判断下列叙述是否正确,若不正确，请改正。 1( Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。 2( 扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 浓度处向低浓度处扩散。 3( 晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。 4( 固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固 体。 5( 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液 相和一个气相。 五、(6分)什么叫弛豫表面,NaCl单晶表面具有什么样的结构特点, 六、(6分)巳知Zn2+ 和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为 DZn/ZnCrO4?6.0?10 DCr/ZnCrO4356732?4.18J/mol2)m/s RT338904?4.18J/mol2?8.5?10?3exp(?)m/s RT?3exp(? 1) 试求1403K时Zn2+ 和Cr2+在ZnCrO4中的扩散系数。 2) 如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行 扩散退火。(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动, 七、(6分)为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。 八、(6分)粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么, 九、(6分)陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关,工艺上如何控制晶粒尺寸 (请列出三种途径), 十、(26分)图3 是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题: 1(在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质; 2(判断化合物D、M的性质; 3(写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式; 4(写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程; 5(写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度; 6(写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量(用线段比表示)。 图 1 图 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2 图 3 答案 一、1)1、(010) (111) [111] [101];(4分) 2、CNTi4+=6，CNO2-=6，CNCa4+=12; [TiO6] [OCa4Ti2] [CaO12];(3分) 3、1;Ti4+添八面体空隙，八面体空隙利用率1/4，四八面体空隙全;(3分) 4、否，因为Ti4+和O2-间没有明显的共价键成分。(2分) 42 2)1、岛状结构;(1分); 2、O2-与一个[SiO4]、三个 [MgO6]配位:?1+?3=2= O2- 46的电价，O2--的电价(2分); 3、结构中有两种配位多面体[SiO4]、[MgO6] (2分);[SiO4]呈孤立的岛状，中间被[MgO6]隔开，[SiO4]与 [MgO6]之间共顶或共棱连接，同层的[MgO6]之间共棱、不同层的[MgO6]之间共顶连接;(4分) 4、不易，因为镁橄榄石的Si/O=1/4，最低，网络连接程度弱，结构中络阴离子团尺寸小，迁移阻力小，熔体的粘度低，冷却过程中结构调整速率很快。(2分) 二、写出下列缺陷反应式(10): 1、 O?VNa ′+VCl? 2、AgAg?Agi?+VAg′ 2O32O33、3TiO2?Nb′′+6OO 2TiO2?Nb′+3OO ???3TiNb?+VNb′???2TiNb?+Oi′ Nb2-xTi3xO3 可能成立 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Nb2-2xTi2xO3+x 三、1((2分)粘度增加; 2((2分)扩散也可以从低浓度向高浓度进行; 3((2分)都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。 4((2分)正确 ?? 5((2分)两个固相和一个液相 四、表面上的原子产生相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。(2分) NaCl单晶中处于表面层的负离子只受到上下和内侧正离子的作用，而外侧是不饱和的。电子云将被拉向内侧的正离子一方而变形，使该负离子诱导成偶极子。这样就降低了晶体表面的负电场。接着，表面层离子开始重排以使之在能量上趋于稳定。为此，表面的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧从而形成了表面双电层。(4分) 五、DZn/ZnCrO4?6?10 DCr/ZnCrO4357732?4.18J/mol)?1.12?10?58m2/s(2分) RT338904?4.18J/mol?8.5?10?3exp(?)?1.37?10?55m2/s(2分) RT?3exp(? 因为DZn/ZnCrO4<DCr/ZnCrO4,所以铂丝向Cr2O3方向移动。(2分) 六、由热力学可知，在等温、等压下有 ?G??H?T?S 在平衡条件下，?G?0，则有?H?T0?S?0 ?S??H/T0 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 式中:T0是相变的平衡温度;?H为相变热。 若在任意温度T的不平衡条件下，则有 ?G??H?T?S?0 若?H与?S不随温度而变化，将上式代入上式得: ?G??H?T?H/T0??HT0?T?T ??HT0T0 可见，相变过程要自发进行，必须有?G?0，则?H?T/T0?0。 若相变过程放热(如凝聚、结晶等)?H?0。要使?G?0，必须有?T?0， ?T?T0?T?0，即T0?T，这表明系统必须“过冷”。 (2) 若相变过程吸热(如蒸发、熔融等)?H?0，要满足?G?0这一条件则必 须?T?0，即T0?T，这表明系统要自发相变则必须“过热”。 七、扬德方程 [1—(1—G)1/3]2=K4tt=194.6h (2分) 金斯特林格方程1—2/3G—(1-G)2/3=K6tt=68.1 (2分) 扬德方程假设反应过程中扩散截面不变，而金斯特林格方程考虑了反应中扩散截面的变化。随反应的进行，反应物体积减小，扩散截面变小，所需反应时间要比扬德假设所计算出的时间短。(2分) 八、陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关;(3分) 控制晶粒尺寸方法:控制原始粒度均匀细小，控制烧结温度和时间，添加剂等。(3分) 九、1、见图，付三角形3分，界线性质1分，界线上温度降低的方向4.5分; 2、D，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解;(1.5分) M，不一致熔融三元化合物;(1分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3、(4分)E1，单转熔点，L?A?C?M E2，低共熔点，L?C?B?M E3，单转熔点，L?A?B?M L??A?B E4，过渡点，D? 4、(6分) L?A?A?B?A?B?M?M?B?B?C?ML G????1?L????E3?L????E3?L????E2?L?????E2 (结晶结束) S B?B?2?3?4?G(产物C+B+M) 5、E2温度(1分)，H点所在温度(1分);过H点做副三角形BCM的两条边CM、BM的平行线HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%(3分)。 (1) 模拟试卷十一 一、根据CaTiO3晶胞图(见图1)回答下列问题(18分): 1、晶面BCGF、HAC的晶面指数;晶向DF、AH的晶向指数。 2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体; 3、晶胞分子数是多少,何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少, 4、计算说明O2-的电价是否饱和; 5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么, 二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型(6分): r-Ca2[Si04]， K[AISi3O8]， CaMg[Si2O6]， Mg3[Si4O10](OH)2， Ca2Al[AlSiO7]， Ca2Mg5[Si4O11](OH)2 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 三、1、写出下列缺陷反应式(10分): (1) CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式; (2) NaCl形成肖脱基缺陷。 2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体, 四、硅酸盐熔体的结构特征是什么,从Na2O—SiO2系统出发，随引入B2O3量的增加，系统 的粘度如何变化，为什么,(10分) 五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面 能,(8分) 六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe(面心立方)中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和 扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800C时各自的扩散系数并解释其差别。(6分) 七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过 冷，什么情况下需过热，试证明之。(6分) 八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3，从提 高反应速率的角度出发，选择什么原料较好,请说明原因。(6—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 分) 九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? (6分) (a) 蒸发冷凝、 (b) 体积扩散、 (c)粘性流动、 (d)表面扩散、 (e)溶解沉淀 十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题(24分): 1(在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质; 2(判断化合物S1、S2、S3的性质; 3(写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式; 4(写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程; 5(写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全 熔融的温度;写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量(用线段比表示)。 图 1 图 2 答案 一、1 (100) (111) [111] [0-11] 各1分 2 CNTi4+=6 [TiO6] CNCa2+=12 [CaO12] CNO2--=6 [OTi2Ca4] 各1分 3 Z=1(1分) Ti4+ (1分)占据1/4八面体空隙(1分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 因为:Z+=2/12*4+4/6*2=2=Z- 所以:饱和 (3分) 5 不存在，因为是复合氧化合物。(2分) 二、岛状、架状、链状、层状、组群状、链状 各1分 ??VNa′三、(1)CaCl2??+2ClCl+CaNa? (2分) Na1-2xCaxCl(1分) (2)O?VNa ′+VCl?(2分) (3)一是因为晶体中的间隙位置有限，二是因为间隙质点超过一定的限度会不破坏晶体结构的稳定性。 四、[SiO4]为基本结构单元，四面体组成形状不规则大小不同的聚合力子团，络阴离子团之间依靠金属离子连接。(4分); 从Na2O—SiO2系统出发，随引入B2O3量的增加， [BO3]与游离氧结合，转变为[BO4]，使断裂的网络重新连接，系统粘度增加(3分);继续引入B2O3，B2O3以层状或链状的[BO3]存在，系统的粘度降低(3分)。 五、固体表面通过表面质点的极化、变形、重排降低固体的表面能(3分);液体分子可自由移动，通过形成球形表面来降低表面能(2分);固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排降低表面能，因此表面能总是高于同组成的液体的表面能(3分)。 六、由公式D=D0exp(-Q/RT)(1分)，计算Dα=6.72*10-7(1分);Dγ=2.7*10-8(1分);Dα〉Dγ(1分)，因为体心结构较面心结构疏松(2分)。 七、由热力学可知，在等温、等压下有 ?G??H?T?S —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 在平衡条件下，?G?0，则有?H?T0?S?0 ?S??H/T0 2NaCl 式中:T0是相变的平衡温度;?H为相变热。 若在任意温度T的不平衡条件下，则有 ?G??H?T?S?0 若?H与?S不随温度而变化，将上式代入上式得: ?G??H?T?H/T0??HT0?T?T ??HT0T0 可见，相变过程要自发进行，必须有?G?0，则?H?T/T0?0。 若相变过程放热(如凝聚、结晶等)?H?0。要使?G?0，必须有?T?0，?T?T0?T?0，即T0?T，这表明系统必须“过冷”。 (4) 若相变过程吸热(如蒸发、熔融等)?H?0，要满足?G?0这一条件则必 须?T?0，即T0?T，这表明系统要自发相变则必须“过热”。 八、选择Mg(OH)2、γ-Al2O3(3分);因为反应活性高，结构不稳定(3分)。 九、蒸发冷凝、表面扩散 十、1(见图(6分); 2(S1二元不一致熔融化合物，S2二元不致熔融化合物，S3三元不一致熔融化合物;(各1分) (3) ??S;P2:双转熔点L+B+S1=S3;P3:低共熔点L=B+C+S3; 3(P1:过渡点A?B? P4:单转熔点L+A =S2+S1;P5单转熔点L+S1= S2+S3;P6低共熔点L = C+S2+S3;(各1分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 4((4分) L: ?B?S1?S3?S1?S3?S1?BG????l1??????l2?????P1??????P1?L????P2? L?????P2?L???? ?S1?S2?S3P5?L?????P5L?A?LA????A?LL?A??BLA??B???S (结晶结束) S: A?A?A?D1?D1?D2?D2?D3?G(产物S1+ S2+S3) 5(P3，H，B:C:S3=CC1:BB1:B1C1 (5分) 2008-2009-1《材料物理化学性能》(A) 一、名词解释(每题3分，共12分) 1(介质损耗 2(声频支振动 3(压电效应 4(滞弹性 二、填空(15分) 1(广义虎克定律适用于 的材料。 2(设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 。 3(对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 4(设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l， 则此偶极矩为 。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 5(裂纹扩展的动力是物体内储存的 的 。 6(考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用 热应力因子表示。 7(当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是 。 8(在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示 方向，第二个字母表示 的方向。 9(克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量 与微观量 之间的关系。 10(对于抗磁性材料，其磁化强度为 值。 11(是判定铁电体的依据。 12(原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由 引起。 三、问答题:(33分) 1(说明图中三条应力-应变曲线的特点，并举例说明其对应的材料。(6分)。 2(如果要减少由多块玻璃组成的透镜系统的光反射损失，通常可以采取什么方法,为什么,(6分) 3(阐述大多数晶态固体的热容随温度的变化规律。(5分) 4(怎样用实验方法区分电子电导和离子电导,(4分) 5(说明铁氧体与铁磁体的异同点。(6分) 6(简述KI和KIC的区别。(6分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 四、论述题(每题10分，共20分) 1(论述大多数无机非金属材料在常温下不能产生塑性形变的原因。(10分) 2.用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体，并预以图示。(10分) 五、(每题10分，共20分) 1(一Al2O3晶体圆柱，直径3mm，受轴向拉力F，如临界 抗剪强度τc,130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统产 生滑移时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法 向应力。(8分) 2(一透明Al2O3板厚度为1mm，用以测定光的吸收系数。 如果光通过板厚之后，其强度降低了35%。计算吸收及散射 系数的总和。 《无机材料物理化学》课程期末考试试卷 A 2005.12. 一、术语解释(共24分，每小题3分) 1、立方最紧密堆积与六方最紧密堆积 2、F-色心与V-色心 3、置换型与间隙型固溶体; 4、弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷 5、本征与非本征扩散 6、晶核的临界半径和形成玻璃的临界冷却速率 7、晶粒生长和二次再结晶 8、烧结与固相反—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 应 二、填充题(共36分，每空1分) 1、根据晶体的对称型可把晶体分为三大晶族及个晶系，对称型L2PC属于晶系。 2、根据硅氧四面体的连接方式不同，硅酸盐晶体的结构类型可分为五类，分别 是 、 、 、 ，其中钾长石属于硅酸盐。 3、空间格子中的平行六面体除原始格子外还有三种格子，分别为 、 、 4、根据缺陷的产生机理，点缺陷的主要类型包括和 等。当MgO溶于Al2O3中产生缺陷的反应方程式 为: 。 5、在浓度三角形内，以下几条规则是适用的，主要包括、 、 三元系统对于生产硅酸盐水泥具有重要参考价值。除用淬冷法可测定凝聚系统的相图外，另一种可测定相图的基本方法是 。 6、材料中有时也会发生质点向浓度增大的方向进行扩散，即所谓， 例如玻璃的 过程以及晶界上 等。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7、液-固相变的析晶过程包括和两个过程。检测分相的实验方法有几种，其中一种方法的名称为 。 8、扩散推动力为;烧结推动力为影响固相反应的四个主要因素有 、 、 、和。 三、问答题(共40分) 1.试说明层状硅酸盐的晶体结构特点，并解释高岭石和蒙脱石在离子交换容量方面存在较大差异的原因。(10分) 2. (a) 试述烧结的三个阶段及其特征;(b) 烧结中常见的传质方式有四种，请说明其中三种传质方式的烧结推动力为何,(9分) 3. 对整个液,固相变过程，阐述过冷度的影响，需画出相应的示意图。并讨论此示意图对研究玻璃的形成有何参考意义。(6分) 4. 请分别阐述为提高ZrO2和MgO陶瓷的扩散速率可分别引入何种氧化物,分别产生什么类型的空位,请分别写出缺陷方程式。(5分) 5. 在下列相图中:(a)确定各条界线的温降方向和性质(以单箭头或双箭头表示);(b)判断三元化合物S的性质;(c)确定无变量点K的性质;(d)写出组成点M和N熔体的冷却结晶路程(需分别写出液相点和固相点的变化)。(10分) 共 37 页 《无机材料物理化学》课程期末考试试卷 B 2005.12. 一、术语解释(共24分，每小题3分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1、固溶体与类质同像 2、四面体空隙与八面体空隙 3、n型半导体与p型半导体; 4、共格晶界与非共格晶界 5、马氏体相变和有序?无序相变 6、位移性转变与重建性转变 7、蒸发-凝聚传质与溶解-沉淀传质 8、切线规则与三角形规则 二、填充题(共36分，每空1分) 1、晶体的宏观对称要素包括、和等，对称型L44L25PC属于 晶族 晶系。 2、。 3、根据四面体的个数，组群状硅酸盐的硅氧骨干包括 、 4、在书写缺陷反应方程式时应注意、 和 等;当ZrO2溶于CaO中产生缺陷的反应方程式 为: 。 5、离子晶体中阳离子的配位多面体的形状主要有、、 6、烧结体的显微结构主要包括以下三要素: 、。 烧结时，外加剂在烧结体中的作用主要 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 有 、 、 、 共 37 页 、。 在 气氛下烧结，可加速Al2O3材料的烧结。 7、常压下石英的变体有(7种)，请写出其中能发生重建性转变的三种晶相的名称:__________________、___________________、____________________。最易引起硅砖砖体开裂的多晶转变是_________________________。 8、晶体中质点的扩散机构是 、 、 三、问答题(共40分) 1、描述晶体结构的方式有几种,试描述萤石的结构，并从结构特点方面解释萤石的解理及颜色多样性的原因。(10分) 2、试述杂质对扩散的影响。 并简述影响固相反应的因素有哪些,(10分) 3、对于液,液相变过程，试以二元相图的自由焓-组成曲线为例，说明:亚稳和不稳分解的区别及其各自的微观形貌特征;另分相对析晶过程有何影响,通过分相，如何制得多孔玻璃,(12分) 4、根据固相反应和烧结的基本原理，试述陶瓷制备时对原料控制的重要性。(8分) 2006-2007学年第一学期《无机材料物理化学》试题答案及评分—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 标准 一、名词解释(每题3分，共15分) 1、非热引起的扩散 2、硼硅酸盐玻璃中，随Na2O含量增加强度增加，膨胀系数变小。 3、有液相参与的烧结过程。 4、不涉及晶体结构中键的破裂和重建，转变过程迅速而可逆，只是键之间的角度稍作变动。 5、独立析晶通常在回吸过程中发生。由于冷却速度快，被回吸的固相被析出的固相所包裹， 回吸过程不能进行，从而使液相进行另一种单独的析晶过程。 二、填空(每空1分) 1、温度 气氛 2、玻璃形成温度 软化温度 3、空位形成能 空位迁移能 4、?G 表面能与界面能之差 共 37 页 5、一阶偏导 二阶偏导 6、粒度不均匀 烧结温度偏高 加添加剂 7、小角度 大角度 共格 半共格 非共格 8、浸渍润湿 附着润湿 铺展润湿 三、完成下列各题(65分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1、(6分)杂质进入晶体形成的点缺陷 气氛引起变价形成的化合物 2、(6分)温度 温度升高，粘度下降;R2O化合物 提供游离氧断Si—O键，使粘度降低。 ???3OO 3、(6分)Al2O3????2Al?Mg?VMg 4、(6分)I?大u小的重叠区，晶粒多而小;I?小u大的重叠区，晶粒大而少。 过冷度太大或太小对成核和长大都不利。 5、(6分)温度升高，有利于烧结;压力增大，有利于烧结;添加剂的引入使空位浓度增大 或阻止多晶转变或形成固溶体，对烧结有利。 6、(6分)粒度小，温度高，坯体致密，原料活性高等。 3MgO ?? (2)??? (3)??? (4)??? (5)7、(共5分，每个1分)(1)? ??? 8、(6分)由表面能公式:?0?LSU0n(1?is) Nnib 表面能 ?111?0.907U06(1?)?0.45U0/N N12 U04(1?)?0.53U0/N N12 U02(1?)?0.46U0/N N12?100?0.?110?0.由此知(111)面即原子密排面上表面能最低。 9、(1分)能够降低体系的表面(或界面)张力的物质。 (2分)表面活性剂的结构特点:有两种基团组成，一端是具有亲水性的极性基团，如—OH、—COOH、—SO3Na等基团;另一端是—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 具有憎水性的非极性基团，如碳氢基团、烷基炳烯基等。适当地选择表面活性剂的这两个原子团的比例就可以控制其油溶性和水溶性的程度，制得符合要求的表面活性剂。 共 37 页 (3分)氧化铝在成型时，Al2O3粉用石蜡作定性剂。Al2O3粉表面是亲水的，而石蜡是亲油的。为了降低坯体收缩应尽量减少石蜡用量。生产中加入油酸来使Al2O3粉表面由亲水性变为亲油性，油酸分子为CH3—(CH2)7—CH=CH—(CH2)7—COOH，其亲水基向着Al2O3表面而憎水基团向着石蜡。由于Al2O3表面改为亲油性，可以减少石蜡的用量并提高料浆的流动性。如图下所示 10、(本题共12分)(1)因为化合物 N为不一致熔的三元化合物;(2分) (2)界线上的温度下降方向如图所示;(2分) (3)无边量点L、M在其对应的三角形内，所以是低共熔点;无边量点K在其对应的三角形一条边的外侧，所以是单转熔点;(2分) (共6分，每个点2分) (4)1点的结晶路程 n液相点: 1????L1???m???E(LE?B?C?AmBn) L?BL?B?AB mnmn固相点:B?????S1?????1 B?ABB?C?AB 2点的结晶路程 液相点:2????L2?????P(LP?A?C?AmBn) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ mn固相点:A????S2?????2 L?AL?A?CA?CA?C?AB 3点的结晶路程 共 37 页 液相点: ?A?AmBn?AmBn?AmBn?C?A3?L???L3?L?????L4?L????L5?L?????P( LP?B?C?AmBn) mnmnmn固相点:A?????AmBn?????S3?????3 A?ABAB?CAB?C?B 1、描述晶体的宏观对称性时，下列元素不属于最基本对称元素 的是( B ) A.转轴 B.n度旋转轴 C.镜面 D.反演中心 2、下列材料不属于超硬陶瓷的是( D ).人造金刚石.碳化硅 C. 人造宝石 D.铝锂合金 3、不属于红外光谱图解析要素的是( D ) A.谱带的位置 B.谱带的形状 C.谱带的相对强度 D.谱线的 分裂 4、下列性质不属于晶体宏观特性的是( B )A:晶面角守恒 B:晶态与非晶态可相互转化 C:有固定的熔点 D:物理性质 各向异性 5、下列波谱分析技术中属于发射光谱分析技术的是( C ) A. 紫外分光光谱 B. 核磁共振谱 C. 荧光光谱 D. 微波 光谱 6、下面不是相变推动力的是( C )A:过冷度 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ B:过饱和度 C:过热度 D:过饱和蒸汽压 7、不属于非晶体材料基本特性的是( B )A:长程无序 B:短程有序 C:衍射效应 D:热力学亚稳态 8、纳米材料的微粒直径为( C ) A. 100,1000 nm B. 100,5000 nm C. 1,100nm D. 100,2000 nm 9、CH3Cl不具有的对称元素是( D )A.C3 B. m C. i D. E 10、位错线垂直于滑移方向的是( A )A. 刃型位错 B. 螺旋位错 C. 混合位错 D. 1、材料的发展过程可分为__、__、_、_料_ 等五代。 2、晶体点阵缺陷分为_和__。 3、非晶态材料结构的主要特征是_长程无序_和__短程有序_。 4、晶系、对称型、布拉菲格子、空间群的数目分别是 7 、 32 、 14 、 230 。 5、晶体有两种理想形态，分别是 单形 和 聚形 。 6、_和_是最简单的两种位错。 共 37 页 7、晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为、、三类。 8、晶体的对称要素中，点对称要素种类有 对称面 、 对称中心 、 对称轴 、 旋转反演轴 ;含有平移操作的对称要素种类有 滑移面 、 螺旋轴 。 9、液晶材料按分子排列的结构可分为 向列型 、和三类。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 10、CVD、XRD、SEM、TG和NMR分别是 化学气相沉积法 、 X射线衍射分析方法 、 扫描电子显微镜 、 热重法 和 核磁共振波谱 的英文缩写。 11、产生X射线衍射效应的条件是满足 为 2dsinθ=nλ 。 12、紫外光的波长范围是 μm，可见光区的波长范围是μm。 13、从热力学角度相变可分为。 1、空间点阵 答:空间点阵:空间点阵是表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形， 或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。 (4分) 2、相 相:一个系统中，成份、结构相同，性能一致的均匀的组成部分叫做相。(4分) 3、晶面角守恒答:晶面角守恒定律:属于同一晶种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定不变，这一规律称为晶面角守恒 。 4、同质多晶 答:同质多晶: 同种化学成分，在不同热力学条件下结晶成不同晶体的结构现象称为同质多晶。 1、写出NaCl形成肖特基缺陷的缺陷反应式。O?VNa ′+VCl? 2、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关,工艺上如何控制晶粒尺寸? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (请列出三种途径), 答:与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关; (3分) 控制方法:控制原始粒度均匀细小，控制烧结温度和时间，添加剂等。(3分) 3、试分别解释弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷。 答:当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷;(3分) 如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。 (3分) 4、说明玻璃有哪些通性:试述玻璃和晶体的差别。 玻璃具有以下几方面的通性(1)各向同性(2)可逆渐变性(3)体积等性质连续变化(4)介稳性 晶体的内部质点在三维空间作有规律的重复排列，兼具短程有序和 长程有序的结构,而玻璃的内部质点则呈近程有序而远程无序的无规则网络 共 37 页 结构或微晶子结构，与非晶体比较晶体具有自限性、均一性、异向性、 对称性、最小内能和稳定性。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (4分) 5、什么是刃位错、螺位错,它们的基本区别是什么, 答:刃位错:在位错线附近原子失去正常有规律排列，并滑移一段距离， 由此产生的缺陷即是刃位错。 (2分) 螺位错:在位错线附近原子失去正常有规律排列，产生螺旋位移，这种 缺陷即是螺位错。 (2分) 基本区别:刃位错:滑移方向与位错线垂直，位错增加了半片原子面;(2分) 螺位错:滑移方向与位错线平行，质点以位错线为轴做螺旋状排列。 (2分) 1、一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，求此晶面的晶面指数。 解:在X、Y、Z轴上的截距系数:2、1/2、2/3。 (1分) 截距系数的倒数比为1/2:2:3/2=1:4:3 (2分) 晶面指数为:(143) (2分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2、下图是三元系统的浓度三角形，从中读出O,P,Q,R,S,T各点的组成。 解:(1)点O、P、Q的成分分别为: O P Q R S T ωA 70 30 20 40 0 10 ωB 10 40 20 60 30 80 ωC 20 30 60 0 70 10 (2分) (2分)(2分) (1分) (1分) (2分) 共 37 页 无机材料物理性能试卷 一(填空(,×,,,,,分) 1(CsCl结构中，,s+与Cl-分别构成,,,,格子。 ,(影响黏度的因素有,,,,、,,,,、,,,,. ,. 影响蠕变的因素有温度、,,,,、,,,,、,,,,. ,(在,,,,、,,,,的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。 ,(一般材料的,,,,远大于,,,,。 ,(裂纹尖端出高度的,,,,导致了较大的裂纹扩展力。 ,(多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分:,,,,、,,,,,,,,、,,,,。 ,(介电常数显著变化是在,,,,处。 ,(裂纹有三种扩展方式:,,,,、,,,,、,,,,。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,(电子电导的特征是具有,,,,。 二(判断正误。(,×,,=,,分) ,(正应力正负号规定是拉应力为负，压应力正。( ) ,(,l2,3结构简单，室温下易产生滑动。( ) ,( 断裂表面能比自由表面能大。( ) ,(一般折射率小，结构紧密的电介质材料以电子松弛极化性为主。( ) ,(金红石瓷是离子位移极化为主的电介质材料。( ) ,(自发磁化是铁磁物质的基本特征，是铁磁物质和顺磁物质的区别之处。( ) ,(随着频率的升高，击穿电压也升高。 ( ) ,(磁滞回线可以说明晶体磁学各向异性。( ) ,(材料弹性模量越大越不易发生应变松弛。( ) ,,(大多数陶瓷材料的强度和弹性模量都随气孔率的减小而增加。( ) 三.名词解释(4×4分 =16分) 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴 四.问答题(3×8分=24分) 1. 简述晶体的结合类型和主要特征: 2. 什么叫晶体的热缺陷,有几种类型,写出其浓度表达式?晶—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 体中 离子电导分为哪几类, 共 37 页 3. 无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4. 下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。 共 37 页 五，计算题(共20分) 1. 求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2;Si-O的平 衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60到75GPa。(10分) 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参 数:?=0.021J/(cm ?s ??);a=4.6×10-6?-1;σp=7.0kg/mm2，E=6700kg/mm2，v=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。(10分) 共 37 页 无机材料物理性能试卷答案 一( 填空。(,×,,,,,分) ,，简立方、 ,，温度、时间、熔体的结构与组成 ,，应力、晶体的组成、显微结构 ,，掺杂、组分缺陷 ,，抗压强度、抗张强度 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,，应力集中 ,，电导损耗、松弛损耗、结构损耗、 ,，居里点 ,，张开型、滑开型、撕开型 ,,， 霍尔效应 二(判断正误。(,×,,=,,分) ,(错误 ,。错误 ,。对 ,(错误 ,(错误 ,(对 ,(错误 ,(对 ,(对 ,,(对 三，名词解释 1. 电解效应:离子电导的特征是存在电解效应，离子的前一伴随着一 定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。 2. 热膨胀:物体的体积或长度随着温度升高而增长的现象称为热膨 胀。 3. 塑性形变:塑性形变是在超过材料的屈服应力作用下，产生性变， 外力移去后不能恢复的形变。 4. 磁畴:由于磁铁体具有很强的内部交换作用，铁磁物质的交换能为 正值，而且较大，使得相邻原子的磁矩平行取向，发生自磁化，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 在 共 37 页 物质内部形成许多小区域，即磁畴。 四(问答题 1. 2. 答:热缺陷是由于晶体中的原子(或离子)的热运动而造成的缺陷。从几何图形上看是一种点缺陷。热缺陷的数量与温度有关，温度愈高，造成缺陷的机会愈多。晶体中热缺陷有两种形态，一种是肖脱基(Schotty)缺陷，另一种是弗仑克尔(Frenkel)缺陷。 弗仑克尔缺陷，空位或填隙离子的浓度: Nf=Nexp(,Ef/2kT) N------单位体积内离 子的格点数。 肖特基缺陷，空位的浓度: Ns=Nexp(,Es/2kT) N------单位体积内正负离子对数 本征电导;弗伦克尔缺陷;肖特基缺陷;杂质导电;填隙杂质或置换 共 37 页 杂质(溶质) 3. 答:共分为四个阶段: ?.起始阶段，在外力作用下发生瞬时弹性形变。 ?.蠕变减速阶段，应变速率随时间递减，持续时间较短，应变—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 速率满足: U=At -n ?.稳定态蠕变，形变与时间呈线性关系: ε=Kt ?.加速蠕变阶段，该阶段是断裂之前的最后一个阶段，曲线较陡，蠕变 速率随时间的增加而快速增加。 4. 答:如图，在很低的温度下，晶体的热容,,与温度的三次方成正比，因此随 着温度的增加，λ也近似与,,成比例变化，图像快速上升。当温度继续增加到徳拜时，,,不再与,,成比例，而是趋于常数，分子平均自由程,随温度的增加 而减小，因此λ随温度的升高而迅速减小。更高的温度后,,基本不变化，自由 程也趋于晶格常数，所以图像变得缓和。在高温辐射的影响下，,,,,,后λ又有少许回升。 五(计算题 1.解:E=60~75GPa=6.0~7.5×1010Pa，γ=1.75J/m2， a= 1.6×10-8cm = 1.6×10-10m。代入公式可得: 当E=60GPa时， σth =25.62GPa 当E=75GPa时，σth=28.64GPa 答:熔融石英的结合强度介于25.62 GPa~28.64 GPa之间 2. 解: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ = 7.0× (1-0.25)/(4.6×10-6 ×6700) =170.3 ? 共 37 页 R'??R= 2.1 ×170.3 ? =358 J/m ?s ——————————————————————————————————————